無軸推進(jìn)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用研究

白剛

摘 要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新興的管段技術(shù)也開始發(fā)展起來。一些可用于市面和水下的航行器的動力傳輸系統(tǒng)也在不斷的發(fā)展起來，這其中就包括先進(jìn)的無軸推進(jìn)系統(tǒng)，本文通過對無軸推進(jìn)系統(tǒng)中的電機(jī)的重要方面的研究于比較，從而其中得出只有交流永磁同步電機(jī)才能勝任無軸推進(jìn)系統(tǒng)的動力供應(yīng)的工作。

關(guān)鍵詞：無軸推進(jìn)；電機(jī)技術(shù)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.003

0 引言

動力推進(jìn)技術(shù)是體現(xiàn)一個(gè)航行器的先進(jìn)性的重要指標(biāo)，動力推進(jìn)技術(shù)的先進(jìn)程度直接影響先進(jìn)作戰(zhàn)理念的實(shí)際部署，還會影響最終戰(zhàn)術(shù)的成功與否。無軸推進(jìn)系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)就如他的名稱一樣，該系統(tǒng)是將螺旋槳和傳統(tǒng)的傳動軸結(jié)合在一起，這樣就實(shí)現(xiàn)了軸承的去除，這樣做不經(jīng)能夠?qū)⒑Ｋ苯优c電機(jī)相接處實(shí)現(xiàn)溫度的快速下降，同時(shí)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)的緊湊性而為水箱航行器節(jié)約出很大的空間，這種優(yōu)勢還能夠移植到所有的水下以及水面的航行器的動力推進(jìn)系統(tǒng)當(dāng)中。當(dāng)前的水下無軸推動系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的技術(shù)積累已經(jīng)成為了近20年來研究的重點(diǎn)對象，由于無軸推進(jìn)系統(tǒng)具有的水面/水下的航行特色和遠(yuǎn)航能力，對他的研究是具有重要的戰(zhàn)略意義。美國對該領(lǐng)域的投入巨大，在最近的幾年時(shí)間，美國的多家公司都或多或少的設(shè)立項(xiàng)目進(jìn)行無軸推進(jìn)系統(tǒng)的研發(fā)工作。

在無軸推進(jìn)整個(gè)繁雜的系統(tǒng)當(dāng)中，由于設(shè)計(jì)必須要做到全面詳細(xì)和結(jié)構(gòu)的緊湊，所以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需要有不同的電機(jī)選擇，這其中主要有超導(dǎo)直流單極電機(jī)、高溫超導(dǎo)交流同步電機(jī)、永磁交流同步電機(jī)和交流感應(yīng)電機(jī)這4類電機(jī)可以讓我們進(jìn)行選擇。

1 無軸推進(jìn)電機(jī)技術(shù)

航行器的水縣推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的過程，從最初的最為傳統(tǒng)的推進(jìn)推進(jìn)電動機(jī)然后在科技的發(fā)展下到了現(xiàn)在的無軸推進(jìn)電機(jī)：一直在20世紀(jì)的中葉，直流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)了大的發(fā)展，慢慢的發(fā)展到90年代出現(xiàn)了歷史性革命的無刷電機(jī)，并且由于其有意的表現(xiàn)使得該型號電機(jī)得到大規(guī)模的普及，進(jìn)入新時(shí)代以后，大部分的研究機(jī)構(gòu)將巨大的精力都投入到盤式電機(jī)的科研上。到目前為止，各個(gè)國家都投入巨大的人力財(cái)力到新型的航行器的推動技術(shù)當(dāng)中，這種型號的推進(jìn)器擁有其他推進(jìn)器不能比擬的優(yōu)勢，這其中就包括：能長期運(yùn)行、新型先進(jìn)冷卻系統(tǒng)、低噪音等。在此基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展出了超導(dǎo)直流單極電機(jī)、高溫超導(dǎo)交流同步電機(jī)、永磁交流同步電機(jī)和交流感應(yīng)電機(jī)。

2 應(yīng)用研究

2.1 超導(dǎo)直流單極電機(jī)

（1）特點(diǎn)。超導(dǎo)直流單極電機(jī)經(jīng)常在600V的電壓環(huán)境下才工作，但是這需要極大的電流作為支撐，為了能夠使得電流的問題的問題得到解決，點(diǎn)集中的轉(zhuǎn)子圈數(shù)需要得到增多，但是這樣做的壞處就導(dǎo)致了里邊的布局變得相當(dāng)復(fù)雜，并且需要電刷的工作才能實(shí)現(xiàn)。（2）電力變換器。Buck降壓電路是超導(dǎo)直流單極電機(jī)使用的最為普遍的電力變換器，Buck降壓電路可以實(shí)現(xiàn)0-600V的電壓的調(diào)節(jié)，不僅如此，該電器能夠?qū)崿F(xiàn)電壓下降的同時(shí)來將電流得到提升的效果。（3）聲學(xué)性。從理論上來說，高溫超導(dǎo)直流電機(jī)關(guān)于電流與電磁場沒有相應(yīng)的研究關(guān)系，因此在這也方面可能形成了比其他電機(jī)更加好的優(yōu)勢，鑒于在整個(gè)過程中，電流以及磁場都是在一種穩(wěn)定的環(huán)境中進(jìn)行的。

2.2 高溫超導(dǎo)交流同步電機(jī)

（1）與感應(yīng)電機(jī)相比，高溫超導(dǎo)交流電機(jī)在尺寸方面存在著先天的優(yōu)勢。這其中采用高溫超導(dǎo)線圈所表現(xiàn)出來的效果在理論上使得超導(dǎo)電機(jī)的磁切應(yīng)力更大。但是在重量的比較方面，高溫超導(dǎo)交流同步電機(jī)的降低效果似乎沒有很明顯。還有在對環(huán)境以及零部件的要求較高。（2）電力變換器。該設(shè)備采用的是PWM電力變換器。（3）聲學(xué)性能。聲學(xué)性能在與感應(yīng)型電機(jī)相比比較低。該電機(jī)由于某些技術(shù)上的要求所以在極對數(shù)上有了折扣：在磁導(dǎo)感應(yīng)噪聲和時(shí)間諧波噪聲的表現(xiàn)要比其他電機(jī)大。

2.3 永磁交流同步電機(jī)

（1）特點(diǎn)。具有較大的轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度和功率是永磁交流同步電機(jī)最為顯著的特點(diǎn)。（2）電力交換器?；旧习霐?shù)的電力變換器都能夠在永磁交流同步電機(jī)上使用，但是在永磁交流同步電機(jī)上使用最為常見的就是PWM電力變換器。（3）聲學(xué)性。永磁電機(jī)的聲學(xué)性在這當(dāng)中是表現(xiàn)最好的。永磁交流同步電機(jī)得功率以及電極對數(shù)都可大可小，較多的極對數(shù)能夠使得聲學(xué)性能表現(xiàn)更加突出。

2.4 交流感應(yīng)電機(jī)

（1）特點(diǎn)。感應(yīng)電機(jī)是目前最為成熟的電機(jī)，并且在我們的生活中已經(jīng)出現(xiàn)了很多年。感應(yīng)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單和魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，所以廣受市場的青睞。（2）電力變換器要求。多數(shù)的變換器都能滿足交流感應(yīng)電機(jī)的要求，但是如果能夠策略性的選擇開關(guān)，再加上PWM電力變換器就能夠使得該型號電機(jī)在聲學(xué)性上的效果表現(xiàn)的更好。（3）聲學(xué)性。極對數(shù)的超高要求使得感應(yīng)電機(jī)的聲學(xué)性能表現(xiàn)的不能夠那么理想。

3 結(jié)語

在對以上幾種電機(jī)的重要方面的對比后得出：具有與其他電機(jī)相比較的多重優(yōu)勢。其中包括：

（1）在與高溫超導(dǎo)交流同步電機(jī)的比較過程中，永磁同步交流電機(jī)有用多電極數(shù)和較小的徑向尺寸的突出特點(diǎn)，并且表現(xiàn)出更加大的轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度和較小的質(zhì)量。（2）由于較多的極對數(shù)的原因，該電機(jī)的聲學(xué)性能邊線優(yōu)異。（3）具有成熟的技術(shù)體系，并且該電機(jī)已經(jīng)擁有實(shí)際運(yùn)用案例，其功率能夠達(dá)到數(shù)百千瓦的水平。（4）該技術(shù)的可靠性表現(xiàn)更加優(yōu)異，并且能在商業(yè)上被廣泛的使用，尤其能夠在輕型永磁電機(jī)的使用上能夠發(fā)揮出更好的效果。

從當(dāng)前的發(fā)展情況來說，將永磁同步交流電機(jī)作為無軸推進(jìn)技術(shù)的關(guān)鍵部分是最為正確的選擇。

以超導(dǎo)技術(shù)為支撐的兩種電機(jī)帶有大轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度和體積小的特點(diǎn)，跟交流電機(jī)相比，超導(dǎo)直流單集電極在噪聲方面的表現(xiàn)優(yōu)異；但是在應(yīng)用于艦艇的的驅(qū)動方面仍然不能表現(xiàn)的很完美，所以超導(dǎo)電機(jī)的發(fā)展還需要很長的路要走。

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